JP2013099021A

JP2013099021A - ポンプ及びヒートポンプ装置

Info

Publication number: JP2013099021A
Application number: JP2011237132A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Matsunaga; 訓明松永; Hiroki Aso; 洋樹麻生
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-20
Also published as: GB2496014A; CN103089711A; CN103089711B; GB2496014B; GB201215058D0

Abstract

【課題】ポンプの信頼性を向上させることができるポンプ及びヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】ロータ部２１と、ステータ１７ａと、羽根車２５、吸水口２２、吐出口２３が形成された上ケーシング２４を有して羽根車２５の回転で吸水口２２から液体を吸水し、吐出口２３から吐出するポンプ部２６と、ロータ部２１を略釜形状の内部に収容してポンプ部２６とステータ１７ａとを隔離する下ケーシング１５と、ステータ１７ａに電力を供給する駆動素子３０と、駆動素子３０の熱を放熱する放熱板３１と、下ケーシング１５の一部と放熱板３１との両方に接触し、放熱板３１から下ケーシング１５の一部へ駆動素子３０の熱を伝える伝熱板３２とを備え、駆動素子３０の熱は、放熱板３１、伝熱板３２、下ケーシング１５の一部、及び下ケーシング１５の内部の液体の順に伝わることで放熱されるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプ及びこのポンプを使用したヒートポンプ装置に関し、特に、キャンド方式のポンプ及びこのキャンド方式のポンプを使用したヒートポンプ装置に関する。

従来のポンプとして、例えば、「固定子部をモールド樹脂で一体に成形したモールド固定子と、回転子組立と、ブラケットとを備えるモールド電動機であって、前記固定子部は、電磁鋼板を積層して構成され複数のスロットを有する固定子鉄心に絶縁部材を取り付け、前記スロットに巻線が施されて形成される固定子と、前記固定子と反対側の面に実装され、当該モールド電動機を駆動する駆動素子と、前記固定子側の面に実装され、当該モールド電動機の温度を監視する感温抵抗素子とを有し、前記絶縁部材の一方の軸方向端部に固定される基板と、前記駆動素子に取り付けられ、前記基板と略平行に配置されるとともに、前記感温抵抗素子と軸方向に対向するように配置され、該駆動素子の発熱を放熱する放熱板とを備えた」というものがある。このようなものにおいては、「駆動素子１２には放熱板２１（例えば、アルミ板）が別途取り付けられており、駆動素子１２の温度上昇を放熱板２１で逃がす構造となっている。」とされている（特許文献１参照）。

従来のポンプとして、例えば、「コイル３１を有するステータ３と、コイル３１への通電制御を行う制御基板４と、制御基板４の通電制御により回転するロータ２と、ステータ３及び制御基板４を収容する収容室１６を有するフレーム１２と、フレーム１２に取り付けられ収容室１６に突出した凸設部５と、収容室１６に充填材６として充填された伝熱性部材と、からなっている。そして、制御基板４は外部から供給された電力をモータの駆動電力に変換する半導体素子４１を備えており、上記半導体素子４１の放熱面が凸設部５の受熱面に対向すると共に、半導体素子４１の放熱面と上記放熱面に対向する凸設部５の受熱面の間に上記充填材６が充填されている」というものがある。このようなものにおいては、「半導体素子４１と凸設部５の対向する二面の間に充填材６が充填されているため、半導体素子４１が凸設部５やフレーム１２に直接接触することのないものとなる。そして、半導体素子４１に生じた熱は充填材６である伝熱性部材から凸設部５を介してフレーム１２に伝達されて外部に放出される。」とされている（特許文献２参照）。

特開２０１０−９３９６２号公報（段落［０００７］及び［００１６］）特開２０１０−２７３４４３号公報（段落［００１０］）

しかしながら、従来のポンプ（特許文献１）においては、モールド電動機を駆動するための駆動素子の放熱板は、固定子や駆動素子を実装する基板と共に、一体的に樹脂にモールドされて形成されていた。そのため、駆動素子が発生する熱は、外部に十分に熱伝導されていなかった。そのため、効率良く放熱が行われているわけではなかった。

また、従来のポンプ（特許文献２）においては、外郭の金属性フレームの内部に設けられた凸設部は、充填材を介して、制御基板に供給された電力をモータの駆動電力に変換する半導体素子と接触していた。そのため、半導体素子が発生する熱は、充填剤を介して熱伝導され、その熱伝導された熱は、さらに、凸設部を介して外郭の金属製フレームに熱伝導され、外部に放熱されていた。そのため、効率良く放熱が行われているわけではなかった。

その結果、ポンプを駆動するための駆動素子から発生する熱が十分に放熱されなかった。そのため、ポンプの駆動素子の温度や固定子を構成する部分の温度が上昇してしまっていた。それにより、ポンプの信頼性が低下してしまうという問題点があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、ポンプの駆動素子や固定子を構成する部分の放熱を効率良く行うことができるポンプ及びヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明のポンプは、ロータと、前記ロータとの電磁相互作用で、前記ロータを回転させるステータと、吸水口及び吐出口が形成された上ケーシングと、前記上ケーシングに収容され、前記ロータに取り付けられた羽根車と、を有し、前記羽根車の回転により、前記吸水口から液体を吸水し、前記ロータに前記液体を供給すると共に、前記吸水口から吸水した前記液体を前記羽根車を介して前記吐出口から吐出するポンプ部と、略釜形状であり、前記ロータを前記略釜形状の内部に収容して前記ポンプ部と前記ステータとを隔離する下ケーシングと、前記ステータに電力を供給する回路素子と、前記回路素子に取り付けられ、前記回路素子の熱を放熱する放熱板と、前記下ケーシングの一部と前記放熱板との両方に接触し、前記放熱板から前記下ケーシングの一部へ前記回路素子の熱を伝える伝熱板と、を備え、前記回路素子の熱は、前記放熱板、前記伝熱板、前記下ケーシングの一部、及び前記下ケーシングの内部に存在する前記液体の順に伝わることにより放熱されることを特徴とするものである。

本発明は、ポンプの駆動素子や固定子を構成する部分の放熱を効率良く行うことができることにより、ポンプの信頼性を向上させることができるという効果を有する。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の構成図である。本発明の実施の形態１におけるポンプの断面図である。本発明の実施の形態２におけるポンプの断面図である。

以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１及び図２を参照して本発明の実施の形態１を説明する。

本発明の実施の形態１では、水を循環させるポンプ２が、ヒートポンプ装置１００で使用されている。

（ヒートポンプ装置１００）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の構成図である。図１に示すように、ヒートポンプ装置１００は、圧縮機（図示せず）、熱交換器３等を備えている。ヒートポンプ装置１００は、冷媒回路５と水回路４とが熱交換器３を介して熱交換する。具体的には、ヒートポンプ装置１００は、冷媒９が流れる冷媒回路５と熱交換器３とを備えている。また、ヒートポンプ装置１００は、タンク１と、ポンプ２と、水８が流れる水回路４と、水回路４の水温度を検出する水温検出手段６と、水量制御部７とを備えている。水量制御部７は、水温設定指令信号７ａと、水温検出手段６からの水温情報６ａとを入力し、速度指令信号２ａをポンプ２に出力する。そして、水流制御部７がポンプ２を制御することにより、水回路４を循環する水８の量が調整され、それに伴い熱交換器３での冷媒回路５と水回路４との熱交換量が調整される。

なお、上記で説明したヒートポンプ装置１００の構成は一例であり、これに限定されるものではない。

（ポンプ２の構成）
図２は、本発明の実施の形態１におけるポンプの断面図である。図２を用いてポンプ２の構成を説明する。図２に示すように、ポンプ２は、ステータ部１７と、ロータ部２１と、ポンプ部２６と、軸２７とを備える。軸２７は固定されており、その周囲をロータ部２１が回転する。

なお、上記で説明したポンプ２の構成は一例であり、これに限定されるものではない。

（ステータ部１７）
ステータ部１７の構成を説明する。

ステータ部１７は、例えば、複数の所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を積層して形成される略ドーナツ形状の鉄心１０と、この鉄心１０のスロット（図示せず）にインシュレータ１２（絶縁部材）を介して挿入される巻線１１と、リード線１４を接続した回路基板１３と、略釜形状の下ケーシング１５とを備える。

鉄心１０と、この鉄心１０のスロット（図示せず）にインシュレータ１２（絶縁部材）を介して挿入される巻線１１とは、ロータ部２１との電磁相互作用によってロータ部２１（回転子）に回転モーメントを発生させて回転させるステータ１７ａを形成する。

回路基板１３は、ステータ部１７の一方の軸方向の端部付近、すなわち、下ケーシング１５に対して、ポンプ部２６と反対側の方向に配置される。なお、回路基板１３は、回路基板１３自身に予め設けておいた孔に、インシュレータ１２のピン形状の突起を差し込むことにより、ロータ部２１の回転方向の位相及び軸方向高さが自動的に位置決めされる。

略釜形状の下ケーシング１５の内部の空間に、ロータ部２１が収容される。図２に示すように、下ケーシング１５は、下ケーシング底部１５ｂと、下ケーシング底部１５ｂから起立した下ケーシング中空円筒１５ｃと、下ケーシング中空円筒１５ｃの外側の側面に対して略直交しつつ、下ケーシング中空円筒１５ｃの縁の周囲に沿って形成されるドーナツ形状の板である下ケーシング側板部１５ｄと、を有する形状である。すなわち、下ケーシング１５は、下ケーシング底部１５ｂ、下ケーシング中空円筒１５ｃ、及び下ケーシング側板部１５ｄで略釜形状を形成する。この下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側に、軸２７と、ロータ部２１とを収容する。また、下ケーシング１５は、下ケーシング中空円筒１５ｃの外部側とステータ１７ａを閉じ込めたモールド樹脂との間で界面を形成する。すなわち、下ケーシング１５は、ポンプ部２６とステータ１７ａとを隔離する。また、下ケーシング底部１５ｂの略中央部は、軸２７の回転を拘束しつつ、軸２７の端部を受けている。軸２７は、軸２７自身が回転しないように、下ケーシング軸孔１５ａに挿入される。そのため、下ケーシング軸孔１５ａに挿入する軸２７の円形の一部は、切り欠けの形状となっている。軸２７のポンプ部２６側端部も同様に、挿入する側の軸２７の円形の一部は、切り欠けの形状となっている。なお、下ケーシング軸孔１５ａも軸２７とほぼ同形状で、軸２７の径より一回り大きい径となっている。そして、上ケーシング軸孔２４ａも下ケーシング軸孔１５ａと同様の形状である。

なお、「下ケーシング底部１５ｂ」は、本発明における「底部」に相当する。
なお、「下ケーシング中空円筒１５ｃ」は、本発明における「中空円筒部」に相当する。

ステータ部１７は、巻線１１を巻いた鉄心１０を有するステータ１７ａと回路基板１３とを、モールド樹脂１６を用いることにより、一体的に形成される。ステータ部１７の外郭はモールド樹脂１６により形成されている。軸受け１８、ホイール１９、及び磁石部２０は、一体となってロータ部２１を形成する。

なお、下ケーシング１５と上ケーシング２４とで囲まれる空間は、水回路４の水８又は湯で満たされる。そのため、ロータ部２１、羽根車２５、軸２７、及びワッシャー２８は、ポンプ２を流れる水８又は湯に触れる構造となっている。そのことからも明らかなように、ポンプ２は、ポンプ２内部を流れる水８又は湯がブラシレスＤＣモータのロータ部２１に接するキャンド（ｃａｎｎｅｄ）方式である。なお、以後の説明においては、水８のみで説明し、湯の説明は省略する。

なお、「水８又は湯」は、本発明における「液体」に相当する。

なお、上記で説明したステータ部１７の形状等は一例であり、これに限定されるものではない。

（ロータ部２１）
ロータ部２１は、略中心部に軸受け１８を形成する。ロータ部２１は、軸２７に回転自在に取り付けられている。軸受け１８の外側に、樹脂製のホイール１９が配置される。さらに、ホイール１９の外側に、磁石部２０が設けられている。磁石部２０は、例えば、フェライト等の磁性粉末と樹脂とを混練して成形し、着磁されている。また、ロータ部２１は、軸２７方向、つまり、回転軸方向に対してはやや長手の形状を形成し、回転軸方向と略直交する方向に対してはやや短手の形状を形成する。

なお、上記で説明したロータ部２１の形状等は一例であり、これに限定されるものではない。

なお、「ロータ部２１」は、本発明における「ロータ」に相当する。

（ブラシレスＤＣモータ）
ステータ部１７と、ロータ部２１とで、例えば、ブラシレスＤＣモータが形成される。

（ポンプ部２６）
ポンプ部２６は、吸水口２２と、吐出口２３を有する上ケーシング２４と、羽根車２５とを備える。上ケーシング２４には、軸２７の回転を拘束して軸２７の端部を受ける上ケーシング軸孔２４ａが形成されている。羽根車２５は、ロータ部２１に固定的に取り付けられており、ロータ部２１と共に回転する。水回路４は、吸水口２２と吐出口２３とに接続される。具体的には、羽根車２５は、ロータ部２１の一方の端部側のホイール１９の部分に取り付けられる。また、ロータ部２１の他方の端部側は、下ケーシング底部１５ｂと近接する。より具体的には、羽根車２５及びロータ部２１は、ステータ１７ａとロータ部２１との電磁相互作用により、回転モーメントが生じているとき、常に固定されている軸２７を回転軸として回転し続けることになる。そのときに、ポンプ部２６は、吸水口２２から水８を吸水し、吐出口２３から羽根車２５を介して圧力が変えられた水８を吐出する。また、羽根車２５は、その断面形状において、浴衣を広げたような輪郭形状で形成されている。そして、その断面形状において、袖に相当する箇所は、それぞれ、先端部に向かって狭くなっていくテーパ状で形成されている。また、その断面形状において、吐出口２３の内部の水８が通る通路は、外側に対して内側に行くにしたがい狭くなるテーパ状で形成されている。また、その断面形状において、上ケーシング２４の内部空間の内、羽根車２５と近接する空間は、羽根車の両袖のテーパ形状に近接するように形成される。

なお、上記で説明したポンプ部２６の形状等は一例であり、これに限定されるものではない。

次に、以上の構成を前提として、本発明の要部である放熱に関する構成について説明する。

駆動素子３０は、ステータ部１７のステータ１７ａに電力を供給するものである。具体的には、駆動素子３０は、外部の電力供給源（図示せず）から電源（図示せず）を介して供給された電力をブラシレスＤＣモータの駆動電力に変換するものである。より具体的には、駆動素子３０は、外部から供給された交流を直流に変換する整流機能や、交流の周波数を変換する周波数変換機能や、直流電圧を昇圧させたり降圧させたりするレギュレータ機能を有する電力用半導体素子のことである。駆動素子３０は、例えば、整流ダイオード、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、トライアック等のことである。

つまり、駆動素子３０は、ブラシレスＤＣモータに電力を供給することによりブラシレスＤＣモータを回転させる。そして、ブラシレスＤＣモータが回転すると、ポンプ２が駆動し始め、水８が水回路４を循環するようになる。具体的には、駆動素子３０は、ステータ１７ａに電力を供給する。すると、ステータ１７ａは、電力が供給されると、ロータ部２１との電磁相互作用によりロータ部２１を回転させる。ロータ部２１が回転すると、ロータ部２１に固定されている羽根車２５が共に回転する。羽根車２５が回転すると、ポンプ２は、吸水口２２から吸水を開始し、吐出口２３から吐出を開始する。すると、ポンプ２は水回路４の水８を循環させる。このように、駆動素子３０は、ポンプ２を駆動させる機能を有する。

なお、駆動素子３０は、電力用半導体素子に限定されるものではない。例えば、電力用半導体素子の機能をパッケージングしたＦＰＧＡ等やマイクロコントローラ等の集積回路であってもよい。具体的には、駆動素子３０は、複数の素子を一つのパッケージに収めたパワーモジュールや、制御回路、駆動回路及び保護回路等も含めてモジュール化したインテリジェントパワーモジュール等であってもよい。

換言すれば、駆動素子３０は、ステータ１７ａに電力を供給する機能を有するものであればよい。

なお、「駆動素子３０」は、本発明における「回路素子」に相当する。

このように、ポンプ２を駆動させると、駆動素子３０には熱が発生する。そのため、放熱板３１及び伝熱板３２を用いて放熱させる。

放熱板３１は、例えば、熱伝導率の高いアルミニウム等で形成されるものである。放熱板３１は、駆動素子３０に取り付けられる。それにより、駆動素子３０の内部温度を上昇させる熱は、放熱板３１を介して駆動素子の周囲に放熱される。つまり、放熱板３１は、駆動素子３０の熱を他へ伝える熱媒体である。また、駆動素子の周囲そのものも熱媒体であるが、熱伝導率の高い放熱板３１を用いることでより効率良く他への熱伝導可能となる。例えば、周囲の熱媒体が空気であれば、放熱板３１の方が熱伝導率は高い。よって、効率良く熱を放熱させることが可能である。

なお、放熱板３１の設置箇所、設置方法、材質、及び形状等は特に限定されるものではなく、駆動素子３０に接触することで熱を放熱できればよい。

伝熱板３２は、例えば、熱伝導率の高いアルミニウム等で形成されるものである。伝熱板３２は、一部分を放熱板３１と接触している。伝熱板３２は、また、部分的に下ケーシング底部１５ｂと接触している。つまり、伝熱板３２は、下ケーシング１５の一部である下ケーシング底部１５ｂと放熱板３１との両方に接触している。

具体的には、伝熱板３２は、例えば、図２に示すように、その断面形状においては、略台形波形状で形成されている。伝熱板３２の断面形状を略台形波としたとき、略台形波のピーク時に相当する部分が、放熱板３１と接触していることになる。また、伝熱板３２の断面形状を略台形波としたとき、パルス入力前とパルス入力後の振幅に変動がない状態に相当する２箇所の部分が、それぞれ下ケーシング底部１５ｂと接触していることになる。つまり、伝熱板３２は、略台形波が振幅に対してマイナス方向に反転した形状で形成されている。

なお、伝熱板３２は、放熱板３１に対して、ネジ止めあるいはスポット溶接等の溶融接合により、互いに接触するように接合されていてもよい。このようにすることで、伝熱板３２と放熱板３１の接触度合いが強まるので、放熱板３１から伝熱板３２へ効率良く熱を伝達することができる。

また、伝熱板３２は、下ケーシング底部１５ｂに対して、スポット溶接等の溶融接合により、互いに部分的に接触するように接合されていてもよい。このようにすることで、伝熱板３２と下ケーシング底部１５ｂとの接触度合いが強まるので、伝熱板３２から下ケーシング底部１５ｂへ効率良く熱を伝達することができる。

なお、伝熱板３２の設置箇所、設置方法、材質、及び形状等はこれに限定されるものではなく、放熱板３１と、下ケーシング底部１５ｂとの双方に接触して熱伝導するようなものであればよい。

このようにして、伝熱板３２を介することにより、駆動素子３０に設けられた放熱板３１と、下ケーシング底部１５ｂとで、いわゆるヒートブリッジが形成される。つまり、伝熱板３２、下ケーシング１５の一部である下ケーシング底部１５ｂ、及び放熱板３１は、ヒートブリッジを形成する。

このようなヒートブリッジにより、効率良い熱媒体が形成されるので、駆動素子３０で発生した熱を下ケーシング１５に効率良く放熱させることができる。

駆動素子３０で発生した熱を下ケーシング１５で放熱させることができるため、駆動素子３０と、下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側にある水８とで熱交換することができるようになる。それにより、駆動素子３０で発生した熱を下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側にある水８に放熱させることができる。

そして、駆動素子３０で発生した熱は、放熱板３１、伝熱板３２、下ケーシング底部１５ｂ、及び下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側の水８と順に熱伝導される。このように、熱を伝える媒体が空気ではないので、熱交換効率を向上させることができる。

また、ステータ１７ａは、下ケーシング中空円筒１５ｃと接触した構成となっているため、ステータ部１７のステータ１７ａで発生した熱を、下ケーシング中空円筒１５ｃを介して、下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側の水８へ放熱させることができる。すなわち、ステータ１７ａと、下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側の水８とで熱交換することができる。

このようにすることで、ステータ１７ａで発生した熱も効率よく熱交換できるため、効率よく放熱することができる。

なお、ステータ部１７は、上記で説明したように樹脂によりモールドされている。すなわち、下ケーシング１５、ステータ１７ａ、駆動素子３０、放熱板３１、及び伝熱板３２は樹脂を介して一体的に固着されている。

そして、樹脂とヒートブリッジは、共に熱媒体である。また、ヒートブリッジの方が熱伝導性はよい。そのため、上記で説明したように樹脂でモールドされていることにより、ヒートブリッジを介して駆動素子３０と下ケーシング１５内部の水８との熱交換効率を向上させることができる。

次に、以上の構成に基づいて、実際にポンプ２が稼働しているときの駆動素子３０の放熱について説明する。

まず、駆動素子３０は、ステータ１７ａに電力を供給する。ステータ１７ａは、供給された電力に基づいて、回転磁界を発生する。次に、ロータ部２１は、発生した回転磁界に基づいて回転する。ロータ部２１が回転すると、ロータ部２１に固定的に取り付けられた羽根車２５は回転する。羽根車２５が回転すると、吸水口２２から吸水された液体（例えば、水８）は加圧される。次いで、加圧された液体は、吐出口２３から吐出される。

このような状態のとき、駆動素子３０の温度は上昇し続けている。また、そのときには、下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側には、水８が満たされている。そして、ロータ部２１は、水８で満たされた下ケーシング中空円筒１５ｃの内部空間で回転し続けている。このときのロータ部２１の回転速度については、図１に示す水量制御部７が速度指令信号２ａを出すことにより制御している。

同時に、このような状態のとき、駆動素子３０で発生した熱は、常に、駆動素子３０から、放熱板３１、伝熱板３２、下ケーシング底部１５ｂ、及び下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側にある水８へと順に伝わっている。この結果、駆動素子３０と下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側にある水８とで熱交換が行われることとなる。

また、ステータ１７ａで発生した熱は、下ケーシング中空円筒１５ｃを介して、下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側に満たされている水８へと伝わっている。この結果、ステータ１７ａと下ケーシング中空円筒１５ｃの内部側にある水８とで熱交換が行われることとなる。

したがって、駆動素子３０及びステータ１７ａの放熱を効率よく行うことができるため、ポンプの信頼性を向上させることができる。

なお、ヒートポンプ装置１００において、水８を搬送したり、循環させる際に使用するポンプ２の一例について説明したが、他のポンプであってもよいことは言うまでもないことである。例えば、家庭用ポンプ等にも利用可能である。

以上のように、本実施の形態１においては、ロータ部２１と、ロータ部２１との電磁相互作用で、ロータ部２１を回転させるステータ１７ａと、ロータ部２１に取り付けられた羽根車２５、吸水口２２、及び吐出口２３が形成された上ケーシング２４を有し、羽根車２５の回転により、吸水口２２から水８又は湯を吸水し、ロータ部２１に水８又は湯を供給すると共に、吸水口２２から吸水した水８又は湯を羽根車２５を介して吐出口２３から吐出するポンプ部２６と、略釜形状であり、ロータ部２１を略釜形状の内部に収容してポンプ部２６とステータ１７ａとを隔離する下ケーシング１５と、ステータ１７ａに電力を供給する駆動素子３０と、駆動素子３０に取り付けられ、駆動素子３０の熱を放熱する放熱板３１と、下ケーシング１５の一部と放熱板３１との両方に接触し、放熱板３１から下ケーシング１５の一部へ駆動素子３０の熱を伝える伝熱板３２と、を備え、駆動素子３０の熱は、放熱板３１、伝熱板３２、下ケーシング１５の一部、及び下ケーシング１５の内部に存在する水８又は湯の順に伝わることにより放熱されるようにしたので、ポンプの駆動素子３０やステータ１７ａを構成する部分の放熱を効率良く行うことができることにより、ポンプ２の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態１においては、伝熱板３２、下ケーシング１５の一部、及び放熱板３１がヒートブリッジを形成し、ヒートブリッジは、駆動素子３０の周囲の熱媒体に比べて熱伝導率の高い熱媒体であるようにしたので、駆動素子３０で発生した熱を下ケーシング１５に効率良く放熱させることができる。

また、本実施の形態１においては、下ケーシング１５、ステータ１７ａ、駆動素子３０、及びヒートブリッジが樹脂を介して一体的に固着されるようにしたので、ヒートブリッジを介して駆動素子３０と下ケーシング１５内部の水８との熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施の形態１においては、伝熱板３２は、下ケーシング１５の一部と放熱板３１との両方にスポット溶接で接触されるようにしたので、伝熱板３２と放熱板３１の接触度合いが強まるので、放熱板３１から伝熱板３２へ効率良く熱を伝達することができる。

また、本実施の形態１においては、伝熱板３２は、下ケーシング１５の一部と放熱板３１との両方にネジ締結で接触されるようにしたので、伝熱板３２と放熱板３１の接触度合いが強まるので、放熱板３１から伝熱板３２へ効率良く熱を伝達することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２におけるポンプの断面図である。

なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

実施の形態１との相違点は、回路基板１３に、スペーサ３３が設けられている点である。具体的には、スペーサ３３は、回路基板１３と、下ケーシング底部１５ｂとの間の距離を一定に保つように設けられている。より具体的には、スペーサ３３は、例えば、軸方向に長手方向を有する略円筒形状で形成されている。そして、その円筒形状の一方の端部が回路基板１３に取り付けられ、その円筒形状のもう一方の端部が下ケーシング底部１５ｂの外側部に取り付けられている。これにより、スペーサ３３の長手方向の長さの分だけ、回路基板１３と、下ケーシング底部１５ｂとの間の距離を一定に保つこととなる。

そして、モールドする際、その樹脂圧力により回路基板１３が歪曲する虞があったものの、このようなスペーサ３３により、そのようなときであっても回路基板１３の歪曲を防ぐことができる。それにより、回路基板１３の歪曲を防ぐことができるため、回路基板１３の歪曲に伴って駆動素子３０に設けられた放熱板３１が応力によって破損することを回避することができる。

したがって、放熱板３１の破損を防止することができるため、放熱板３１による効率の良い放熱を行うことができる。それにより、ポンプの信頼性を向上させることができる。

なお、このようなスペーサ３３は、回路基板１３と、下ケーシング底部１５ｂとの間に複数設けられることにより、さらに回路基板１３の歪曲を防止することができるようになる。

なお、スペーサ３３の材質や形状は特に限定されるものではない。

以上のように、本実施の形態２においては、下ケーシング１５と駆動素子３０との間を所定の距離だけ隔離するスペーサ３３を有し、その所定の距離だけ隔離した状態で、下ケーシング１５、ステータ１７ａ、駆動素子３０、及びヒートブリッジが樹脂を介して一体的に固着されるようにしたので、回路基板１３の歪曲を防ぐことができる。それにより、回路基板１３の歪曲を防ぐことができるため、回路基板１３の歪曲に伴って駆動素子３０に設けられた放熱板３１が応力によって破損することを回避することができる。したがって、放熱板３１の破損を防止することができるため、放熱板３１による効率の良い放熱を行うことができる。それにより、ポンプの信頼性を向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態１、２においては、下ケーシング１５の材質については説明しなかったが、本実施の形態３においては、下ケーシング１５の材質について説明する。

なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

なお、本実施の形態３で説明する下ケーシング１５の材質について、上記で説明した実施の形態１、２においても適用してよいことは言うまでもないことである。

下ケーシング１５の材質は、熱伝導性の高い金属製とすると、放熱板３１による放熱効果がさらに高まることとなる。具体的には、下ケーシング１５の内、特に、下ケーシング中空円筒１５ｃについては、非磁性金属（例えば、ステンレス鋼であるＳＵＳ）とすると、熱伝導性の高い金属であると共に、下ケーシング中空円筒１５ｃの磁気特性への影響を抑えることのできる非磁性金属であるため、ステータ部１７の周囲の雰囲気と、下ケーシング１５の内部側の水８とで熱交換する際、効率良く熱交換できることになる。したがって、ステータ部１７で発生する熱がより効率よく放熱されることになるため、放熱効果がさらに高まることとなる。

なお、非磁性金属とするのは、ステータ部１７とロータ部２１との間の磁力線を阻害しないようにするためである。そのため、磁気ヒステリシス等の性質も考慮に入れた上で、下ケーシング１５の材質を選択することが好ましいこととなる。

また、非磁性金属で下ケーシング１５を形成する際、例えば、塑性加工により下ケーシング１５を形成してもよい。

また、下ケーシング１５を形成する際、下ケーシング底部１５ｂ及び下ケーシング中空円筒１５ｃをそれぞれ異なる材質としてもよい。例えば、下ケーシング底部１５ｂの材質を金属にして、下ケーシング中空円筒１５ｃの材質を樹脂としてもよい。

また、所定の金型内に埋め込み対象としてのインサート品（例えば、金属製の部材）を装填した後、成形機に樹脂を注入し、その金属製の部材を溶融可能な樹脂を用いることにより、樹脂と一体成形させてもよい。

このとき、樹脂としては、ＰＰＳ（プリフェニレンサルファイド樹脂）、ＳＰＳ（シンジオタクチックポリスチレン樹脂）、及びｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等の耐熱性の熱可塑性樹脂を使用してもよい。

また、樹脂材の一例として、熱硬化性の不飽和ポリエステル樹脂に炭酸カルシウムなどの充填材とガラス繊維、各種充填材のほか、アルミナや窒化ホウ素などの放熱フィラーを添加したもので熱伝導率は０．７（Ｗ／ｍ・ｋ）のものが好ましく、より好ましくは熱伝導率が１．０（Ｗ／ｍ・ｋ）以上のものが好ましい。例えば、パナソニック電工株式会社のＣＥ２８４０（熱伝導率１．０〜１．５）、ＣＥ２８９０（熱伝導率２．０〜２．２）、昭和電工株式会社のＨＴＣ−２５０（熱伝導率２．５）、ＨＴＣ−５００（熱伝導率５．０）などが好ましい。基板材料の一例として、ガラス繊維を基材としてエポキシ樹脂をコンポジットさせたものに銅板を貼り付けたＣＥＭ−３ (Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｐｏｘｙｍａｔｅｒｉａｌ−３）などのコンポジット銅張積層板（熱伝導率０．４（Ｗ／ｍ・ｋ））が好ましく、より好ましくは熱伝導率１．０（Ｗ／ｍ・ｋ）のパナソニック電工株式会社製１７８７などが好ましい。

また、下ケーシング底部１５ｂは、下ケーシング中空円筒１５ｃよりも磁気の影響が低い。そのため、下ケーシング底部１５ｂに使用する金属素材の選択肢は広いものとなる。ステンレス以外としては、例えば、鉄、銅、及びアルミニウム等を使用してもよい。

なお、下ケーシング１５を形成する際、下ケーシング底部１５ｂと、下ケーシング中空円筒１５ｃとで別素材（例えば、樹脂と金属）を用いて接合するには、予め金属側にエッティング等により微細な孔を形成しておくとよい。このようにすることで、成形時において、溶融樹脂が金属の孔に入り込むようなアンカー効果により、接合強度を高めることができる。そのようにすることは、接合界面からの液漏れ防止の観点からも好ましいことである。あるいは、エッティング等の代わりにブラスト処理をしてもよい。

このようにすることで、ステータ部１７の放熱及び駆動素子３０の放熱について、下ケーシング１５を形成する下ケーシング底部１５ｂ及び下ケーシング中空円筒１５ｃの材質を、設計上適宜異なる材質とすることができる。それにより、ステータ部１７の放熱あるいは駆動素子３０の放熱のどちらをより優先的にして冷却させるかを選択できる。

また、このようにすることで、ステータ部１７の放熱について、下ケーシング１５を部分的に形成する下ケーシング中空円筒１５ｃの材質を、設計上適宜異なる材質とすることができる。それにより、ポンプを電動機としてみたときの磁気特性の効率あるいはステータ部１７の冷却性能のどちらをより優先的にするかを選択できる。

以上のように、本実施の形態３においては、下ケーシング１５は、少なくとも、下ケーシング底部１５ｂと、下ケーシング底部１５ｂから起立した下ケーシング中空円筒１５ｃと、から形成され、下ケーシング底部１５ｂと、下ケーシング中空円筒１５ｃとは、異なる材質であるようにしたので、設計上適宜異なる材質とすることができる。それにより、ステータ部１７の放熱あるいは駆動素子３０の放熱のどちらをより優先的にして冷却させるかを選択できる。また、下ケーシング１５を部分的に形成する下ケーシング中空円筒１５ｃの材質を、設計上適宜異なる材質とすることができるので、ポンプを電動機としてみたときの磁気特性の効率あるいはステータ部１７の冷却性能のどちらをより優先的にするかを選択できる。

また、本実施の形態３においては、駆動素子３０の周囲の熱媒体は、熱伝導率が０．５（Ｗ／ｍ・ｋ）以上の樹脂としたので、ポンプの駆動素子や固定子を構成する部分の放熱を効率良く行うことができる。

また、本実施の形態３においては、駆動素子３０を実装している回路基板１３をガラス繊維と樹脂のコンポジット系材料とし、熱伝導率を熱伝導率０．４（Ｗ／ｍ・ｋ）以上のものとしたので、ポンプの駆動素子や固定子を構成する部分の放熱を効率良く行うことができる。

以上のように、本実施の形態１〜３においては、ポンプ２と、ポンプ２により水８又は湯が循環する水回路４と、冷媒９が循環する冷媒回路５と、水回路４の水８又は湯と冷媒回路５の冷媒９とが熱交換する熱交換器３とを備えるようにしたので、ポンプの駆動素子や固定子を構成する部分の放熱を効率良く行うことができることにより、ポンプの信頼性を向上させることができる。よって、ヒートポンプ装置１００の信頼性を向上させることができる。

１タンク、２ポンプ、２ａ速度指令信号、３熱交換器、４水回路、５冷媒回路、６水温検出手段、６ａ水温情報、７水量制御部、７ａ水温設定指令信号、８水、９冷媒、１０鉄心、１１巻線、１２インシュレータ、１３回路基板、１４リード線、１５下ケーシング、１５ａ下ケーシング軸孔、１５ｂ下ケーシング底部、１５ｃ下ケーシング中空円筒、１５ｄ下ケーシング側板部、１６モールド樹脂、１７ステータ部、１７ａステータ、１８軸受け、１９ホイール、２０磁石部、２１ロータ部、２２吸水口、２３吐出口、２４上ケーシング、２４ａ上ケーシング軸孔、２５羽根車、２６ポンプ部、２７軸、２８ワッシャー、３０駆動素子、３１放熱板、３２伝熱板、３３スペーサ、１００ヒートポンプ装置。

Claims

ロータと、
前記ロータとの電磁相互作用で、前記ロータを回転させるステータと、
吸水口及び吐出口が形成された上ケーシングと、前記上ケーシングに収容され、前記ロータに取り付けられた羽根車と、を有し、前記羽根車の回転により、前記吸水口から液体を吸水し、前記ロータに前記液体を供給すると共に、前記吸水口から吸水した前記液体を前記羽根車を介して前記吐出口から吐出するポンプ部と、
略釜形状であり、前記ロータを前記略釜形状の内部に収容して前記ポンプ部と前記ステータとを隔離する下ケーシングと、
前記ステータに電力を供給する回路素子と、
前記回路素子に取り付けられ、前記回路素子の熱を放熱する放熱板と、
前記下ケーシングの一部と前記放熱板との両方に接触し、前記放熱板から前記下ケーシングの一部へ前記回路素子の熱を伝える伝熱板と、
を備え、
前記回路素子の熱は、前記放熱板、前記伝熱板、前記下ケーシングの一部、及び前記下ケーシングの内部に存在する前記液体の順に伝わることにより放熱される
ことを特徴とするポンプ。
前記伝熱板、前記下ケーシングの一部、及び前記放熱板がヒートブリッジを形成し、
前記ヒートブリッジは、
前記回路素子の周囲の熱媒体に比べて熱伝導率の高い熱媒体である
ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
前記下ケーシング、前記ステータ、前記回路素子、及び前記ヒートブリッジが樹脂を介して一体的に固着される
ことを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
前記伝熱板は、前記下ケーシングの一部と前記放熱板との両方にスポット溶接で接触された
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のポンプ。
前記伝熱板は、前記下ケーシングの一部と前記放熱板との両方にネジ締結で接触されたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のポンプ。
前記下ケーシングと前記回路素子との間を所定の距離だけ隔離するスペーサを有し、
その所定の距離だけ隔離した状態で、前記下ケーシング、前記ステータ、前記回路素子、及び前記ヒートブリッジが樹脂を介して一体的に固着される
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のポンプ。
前記下ケーシングは、
少なくとも、底部と、前記底部から起立した中空円筒部と、から形成され、
前記底部と、前記中空円筒部とは、異なる材質である
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のポンプ。
前記回路素子の周囲の熱媒体は、熱伝導率が０．５（Ｗ／ｍ・ｋ）以上の樹脂とした
ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載のポンプ。
前記回路素子を実装している基板をガラス繊維と樹脂のコンポジット系材料とし、熱伝導率を熱伝導率０．４（Ｗ／ｍ・ｋ）以上のものとした
ことを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか一項に記載のポンプ。
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載のポンプと、
前記ポンプにより水が循環する水回路と、
冷媒が循環する冷媒回路と、
前記水回路の水と前記冷媒回路の冷媒とが熱交換する熱交換器と
を備えたことを特徴とするヒートポンプ装置。